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Elaboriamo il motore - Benzina


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Credo sia interessante aprire una discussione generale dove poter parlare delle possibili migliorie adottabili sui motori Benzina, con speciale considerazione a quelli prodotti dal gruppo VW.

Bisogna ammettere che, seppur perfettibili, i nuovi motori denominati TFSI hanno subito un notevole sviluppo tecnologico rispetto ai classici motori a ciclo otto.

Oltre all'impiego di un turbocompressore abbinato ad un discreto intercooler infatti i motori indicati sono stati dotati di un sistema di alzata variabile delle valvole denominato "valvelift", ovvero l'asse a camme, normalmente monoblocco (fig.1) ed ottenuto da fusioni di acciaio o ghisa successivamente cementate e rettificate, è stato invece realizzato in vari componenti (fig.2): nello specifico troviamo un albero calettato (millerighe) sul quale scorrono 4 manicotti contenenti ciascuno 4 camme con 2 profili distinti. A seconda dei regimi di giri del motore, attraverso 4 attuatori elettrici, le camme vengono spostate, a seconda del profilo, sulla valvola di scarico in modo da sfruttare sempre il miglior incrocio e favorire le prestazioni e l'erogazione.

Di per se il gruppo VW non ha inventato nulla, infatti il sistema ricorda molto quello dei motori Vtec della honda (fig.3), con la sola differenza che i motori honda montano alberi a camme monoblocco dove al momento giusto un perno innesta un terzo bilanciere che insiste su una terza camma con alzata maggiore, mentre quelli valvelift sono tecnologicamente più moderni, sfruttando il sistema descritto.

 Fig.1

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Fig.2

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Fig.3

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Ultimato il piccolo preambolo vorrei dividere la discussione in due parti principali, il primo riguarda le modifiche atte a migliorare la longevità del motore mentre la seconda riguarderà l'elaborazione e sua volta sarà divisa in sottocategorie, ovvero:

  • Sistema di Aspirazione;
  • Sistema di Scarico;
  • Testata;
  • Basamento.

 

Miglioramenti per la longevità

Da quella che è la mia esperienza su questo tipo di motori direi che ci sono alcune modifiche necessarie se si "tiene" a che il proprio propulsore duri nel tempo, le vado ad elencare per poi riprenderle una ad una proponendo quella che è la mia personale soluzione, tengo a precisare che nulla di quanto io scriverò in questa discussione deve essere preso per "oro colato", bensì sarà felice di discutere di tutto con chiunque la pensi in maniera differente da me.

  1. Modifica alla valvola di recupero e separazione dei vapori dell'olio (PCV);
  2. Modifica al bicchierino della pompa alta pressione della benzina;

 

  1.  E' stata in effetti la prima modifica apportata alla mia macchina, il sistema sviluppato da Audi è concettualmente molto valido ma, nella pratica, realizzato in maniera del tutto inefficace. Il sistema prevede che, a temperatura di esercizio, parliamo di circa 98-100°, l'olio presente nel motore tende ad evaporare e questi vapori generano una forte pressione all'interno del monoblocco. Questa pressione si contrappone alla discesa dei pistoni in fase di scoppio limitando quindi le prestazioni; Gli ingegneri teutonici hanno quindi sviluppato una valvola posizionata in cima al motore, sul coperchio delle punterie che, concettualmente, attraverso una piccolo passaggio comandato a molla, scarica questi vapori in un piccolo circuito circolare dove l'aria dovrebbe separarsi dalle microparticelle di olio, la prima viene reimmessa nel circuito di aspirazione per essere bruciata in fase di scoppio mentre l'olio dovrebbe venire reimmesso nel monoblocco attraverso un gocciolatoio. Questa operazione viene favorita dal turbo che, attraverso un condotto che collega la girante fredda con la valvola pcv, genera una depressione che aspira i vapori teoricamente depurati, per reimmetterli del circuito di aspirazione in modo che questi vengano bruciati. Bisogna ammettere che questa strategia ha una doppia valenza, da una parte quella di favorire il processo appena descritto, dall'altra l'operazione di mettere sotto vuoto il propulsore ne favorisce notevolmente le prestazioni, infatti questa tecnica viene da sempre impiegata sui motori da corsa, pensate che sui V8 americani preparati viene addirittura montata una pompa per vuoto proprio con l'intento di generare una forte depressione nel basamento.

Potete quindi capire come per risolvere il problema del non funzionamento della pcv originale non sia sufficiente tapparla, così come si fa con l'EGR, ma c'è bisogno di un cosiddetto "catch can", ovvero un sistema che lasci invariati i pregi dell'impianto, migliorandone invece i difetti; per fare questo si costruisce una nuova valvola da montare al posto dell'originale, questa avrà la notevole differenza di non pretendere di separare in loco i vapori dall'aria, bensì attraverso un condotto consentirà a questi di raffreddarsi e farli convogliare in un serbatoio esterno dove di volta in volta, a scadenza periodica, dovranno essere recuperati e smaltiti negli appositi contenitori per olii esausti. Capisco che potrebbe sembrare una seccatura il fatto di doversi ricordare di svuotare il serbatoio ma purtroppo al momento è il sistema che meglio riunisce efficacia e costo di realizzazione non esagerato. (fig.4)         

questa è la valvola originale
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questa è la sede sulla testata
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questa è la valvola finita ed installata

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La questione è che la valvola prodotta OEM è realizzata in plastica e non fa il suo lavoro, infatti le piccole valvoline tendono a bloccarsi, inoltre l'olio  viene sparso in tutto il circuito di aspirazione, causando notevoli incrostazioni e depositi carboniosi nei condotti primari, nelle sedi valvole e nelle camere di scoppio.

2.Passiamo quindi al punto numero 2, ovvero la parte relativa alla pompa alta pressione (Fig.5). Questa ha la funzione di ricevere la benzina a bassa pressione che viene pompata dal serbatoio da una seconda pompa, elettrica, e, attraverso un pompante comandato da un tripode solidale con uno degli assi a camme, pompa il carburante ad altissima pressione nel rail degli iniettori.

veniamo al dunque, ovvero al problema che affligge queste pompe, in pratica il pompante non insiste direttamente sul tripode ma viene interposto un bicchierino in metallo cementato che, a lungo andare, si consuma fino a bucarsi (Fig.6). La vera questione non è la sostituzione del bicchiere, che ha un costo di circa 30 euro, ma che i detriti che si staccano dallo stesso finiscono nell'olio con tutto quello che ne deriva. In audi con l'evoluzione dei motori hanno risolto il problema con l'utilizzo di un bicchierino dotato di rullo, in modo da evitare che si consumi ma chi non ce l'ha in quanto ha un motore precedente al 2011, deve fare attenzione a sostituire il pezzo ogni 50-60k km

Fig.5

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Fig.6

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SISTEMA DI ASPIRAZIONE

Cominciamo come promesso a parlare del sistema di aspirazione, ovvero quello che va dalle valvole di aspirazione (collettore primario, ovvero quello integrato nella testata, comunemente definiti condotti) fino al filtro dell'aria, estremità esterna del sistema.

Va detto che una delle migliori ma più difficili strategie per far recuperare potenza alle vetture è quella di migliorarne l'aspirazione, nel tempo ho avuto modo di verificare personalmente che molte persone hanno le idee un poco confuse sull'argomento e spero di riuscire a fare un minimo di chiarezza, stante quelle che sono le mie conoscenze in materia.

Innanzitutto bisogna dire che, al fine di migliorare realmente le prestazioni di un propulsore a combustione interna c'è bisogno che questo respiri la maggior quantità possibile di aria, che questa sia immediatamente disponibile e che sia il più possibile fredda, questo perchè, a parità di volume, l'aria fredda contiene maggiori quantità di ossigeno, indispensabile per migliorare la combustione del carburante. Gia da questo inciso è chiaro come sia molte volte inutile e peggiorativo delle prestazioni il sostituire la scatola filtro originale con un filtro ad aspirazione diretta se questo viene collocato all'interno del vano motore, è chiara la motivazione, ovvero all'interno  del vano si raggiungono temperature doppie di quelle dell'aria esterna,  derivanti dal riscaldamento del motore e dall'aria che, una volta raffreddato i vari radiatori, viene scaricata sotto il cofano a temperature molto alte. Quindi in una elaborazione non esasperata, che punta ad una variazione del 10-20% della potenza originaria, conviene istallare un filtro a pannello di tipo sportivo nell'airbox originale, in questo modo si mantiene bassa la temperatura grazie al box in plastica, che ricordiamo essere un cattivo conduttore di calore, si facilita l'aspirazione grazie alle maglie più permeabili e si mantiene un a discreta quantità d'aria immediatamente disponibile per l'appunto nel box di serie. Se si punta invece ad una elaborazione più spinta ecco che i limiti del circuito originale vengono a galla, quindi si preferisce istallare un filtro a doppio cono che però deve essere alloggiato o in un nuovo airbox più capiente, o in uno spazio ricavato nel vano motore isolato e con  un accesso diretto dell'aria dall'esterno.

ecco quello realizzato dall'APR per i tfsi delle nostre A4-A5

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Subito dopo il filtro dell'aria troviamo, sulle vetture turbo, un compressore che può essere di diversi tipi, volumetrico (tipo paxxton), turbocompressore azionato dai gas di scarico (sistema più diffuso) e turbocompressore centrifugo (ha la parte fredda come quella del modello precedente ma invece di essere azionato dai gas di scarico viene mosso da un collegamento a cinghia o ingranaggi con l'albero motore). Il sistema tradizionalmente più utilizzato è il secondo, ovvero il turbocompressore azionato dai gas di scarico che è anche la lampada di Aladino per un po tutti i preparatori in quanto consente di incrementare notevolmente la potenza di un propulsore apparentemente con pochi sforzi. In pratica il turbo ha la funzione di pompare aria nella camera di scoppio favorendo il riempimento ed il cosiddetto lavaggio della stessa, ovvero favorisce l'evaquazione dei gas combusti al fine di predisporre la successiva combustione. In linea di massima maggiore è la pressione e la portata d'aria nel condotto di aspirazione maggiore sarà la potenza sviluppata dal motore, questo perchè aumenta la quantità di ossigeno e quindi la quantità di benzina potenzialmente utilizzabile in fase di scoppio. A contrastare quello che apparentemente sembrerebbe una facile fonte di cavalli vi è da un lato l'eccessiva temperatura che, a causa della combustione così ricca, può da un lato danneggiare gli organi meccanici in movimento, prime tra tutte le valvole, quindi innescare quel fastidioso fenomeno noto come "detonazione", ovvero l'autocombustione della benzina che invece di accendersi a seguito della scintilla prodotta dalla candela genera una serie di combustioni spontanee a causa dell'alta pressione e dell'alta temperatura. Questo è uno dei motivi per i quali sulle vetture ad alte prestazioni si utilizzano benzine ad alto numero di ottani,  perchè con tale termine si intende proprio l'indice di resistenza alla detonazione, ovvero la miscela di sottoprodotti che rendono la benzina più restia all'autocombustione.

 

Edited by asso
Ridimensionate foto troppo grandi
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Grande @asso questa non la sapevo che i TFSI hanno un sisema simile alla Honda che io reputo i migliori motori benzina

Ma non è possibile che ogni volta che guardo cosa scrivi mi salgono idee strane per la testa :d1:

 

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  • 2 weeks later...

Complimenti @asso bellissimo post, chiaro e preciso!

Sono molto interessato all'argomento avendo in casa un TFSi e un TSI, vorrei chiederti un paio di cose:

1) Per quanto riguarda il punto 1 ero già a conoscenza del problema e delle sue cause, ma vorrei capire se mi sfugge una sfumatura.

Il sistema originale ha il difetto di non riuscire a separare correttamente aria e olio, col risultato che dell'olio andrà nella camera di combustione e verrà bruciato; provocando cosi un consumo d'olio (un kg ogni 3-4 mila km).

Detto questo noto che te suggerisci di "risolvere il problema" a favore della longevità del motore, ma a mio parere in questo caso la longevità non è compromessa; anzi possiamo dire che cosi uno è obbligato ad introdurre costantemente olio nuovo con ovvi benefici, inoltre il consumo d'olio (in bassissime quantità si intende, quindi probabilmente in questo caso siamo leggermente sopra) in teoria contribuisce alla pulizia dell'impianto di alimentazione (addirittura in alcuni manuali Fiat/Alfa raccomandano l'aggiunta di un 3% d'olio motore al pieno in alcuni casi). Però se ragioniamo in questi termini dovremmo anche tener conto che una parte di quest'olio motore invece sembra che passi dalle fasce, molti sostengono che in questo il Castrol incida molto.

Detto questo, la risoluzione del problema è volta soprattutto alla "scocciatura" di dover star dietro al livello dell'olio, più che ad aumentarne la longevità.

Fammi sapere se condividi quanto ho appena detto :smile1:

2) Non ero a conoscenza di questo problema ma con una veloce ricerca su internet mi sono reso conto che è meglio  non rischiare. Vorrei sapere se te puoi fornirmi il codice del bicchierino modificato col rullo (che da quel poco che ho capito dovrebbe montare sulla pompa normale).

Poi se non vao errato i motori TSI della VW montano la stessa pompa alta pressione (non ho controllato personalmente sulle mie auto che in questo momento non posso), considerando che il mio è del 2010 proponi una sostituzione preventiva anche su quello?

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Ciao, gli argomenti da te proposti sono in effetti complementari ma ben separati.

la questione della pcv è un problema che non porta a nulla di positivo, devi considerare che quello che viene introdotto nel circuito di aspirazione, quindi attenzione non direttamente in camera di scoppio, non è olio bensì vapori di olio misti a polvere, inoltre il fatto stesso di finire gia nella girante del turbo per finire poi nel collettore di aspirazione vuol dire che questi vapori, a causa delle temperature alte raggiunte dal motore, in parte finiscono nel condotto primario dove attraverso le valvole finiscono nella camera di scoppio, in parte si asciugano via facendo depositandosi sulle pareti dei condotti, delle valvole, del collettore, della girante del turbo ecc ecc.

questi depositi oltre a restringere la superficie di passaggio dell'aria ne rallentano anche la velocità ma, cosa più grave, possono staccarsi finendo in camera di scoppio dove può danneggiare e smerigliare valvole, pistoni e pareti dei cilindri.

il sistema che ho fatto io, sulla base di modifiche che si fanno da diversi anni, ha la funzione di separare in un serbatoio di decantazione esterno l'olio dall'aria in modo che nulla di liquido finisca nel circuito di aspirazione.

diversa certamente la questione dell'olio bruciato attraverso il trafilaggio dalle fasce elastiche, li il problema c'è e l'unico sistema per risolverlo è rifare il motore cambiando pistoni e segmenti, in questo caso oltre a favorire le solite incrostazioni nei condotti primari (quelli a monte delle valvole fino ai collettori secondari) genera anche importanti depositi sul cielo della camera di combustione e sulle candele, oltre a rovinare il catalizzatore.

ecco una foto esplicativa di quello che succede grazie alla pcv originale

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riguardo alla pompa, il tuo motore ha gia il bicchierino modificato, se vai in audi col tuo telaio puoi risalire al ricambio, costa circa 30 euro

anche io ho una golf 1.4 tsi 170 cv DSGma le pompe sono leggermente diverse, c'è più di un tipo purtroppo

Edited by MIKINSIDE 84
Ridimensionamento foto
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Esatto ottime considerazioni.

La mia prima considerazione si basava sul fatto che da quanto ero riuscito a capire in questi anni tra i due fattori quello che incide maggiormente è quello delle fasce (in proporzione diciamo 80-20), di conseguenza ho sempre ritenuto che la quantità d'olio che passa per il condotto di aspirazione (apportando i danni che giustamente hai spiegato) fosse quasi irrilevante; mentre era più "sensato" prendere in considerazione una ben maggiore quantità che passa dalle fasce.

L'olio che passa dalle fasce però in genere porta altre tipologie di problematiche poichè va ad "imbrattare" i condotti di scarico (problemi alle valvole di scarico,al catalizzatore o nei diesel all'EGR, ecc), però essendo tutto sommato una quantita modesta rispetto ad in consumi d'olio riscontrati in tali casi, avendo inoltre smontato qualche condotto di scarico ad alcuni TFSI con alto chilometraggio, ritengo che in questa problematica non sussista; ovviamente se il consumo d'olio aumentasse il discorso sarebbe differente.

Mentre per quanto riguarda la pompa essendo la mia di fine 2010 è già modificata, speriamo, mentre per l'altro motore (1.4 TSI di inizio 2010) sarebbe da verificare?

Edited by GiulioTFSI
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@GiulioTFSI sicuramente le percentuali di olio combusto possono identificarsi nella percentuale da te indicata, tuttavia a mio avviso provocano le medesime incrostazioni, solo in percentuali diverse ed in punti diversi, ma comunque assolutamente nocive per le prestazioni, per il catalizzatore e per l'ambiente. Possiamo certamente affermare che, come per tutte le modifiche, anche quelle sembrano meno importanti hanno invece la loro efficacia, contribuendo alla buona riuscita del progetto. Mai così vero come per la valvola pcv...

per toglierti il dubbio basta passare in concessionaria, così chiedi per entrambe, le mie sono già con i pompanti col rullo.

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Condivido il tuo pensiero @asso, non stavo etichettando quanto da te proposto come "inutile", se mi sono espresso male mi scuso.

Solamente avendo questo motore stavo cercando di identificarne al meglio le magagne con una persona come te che mi pare estremamente preparata.

In ogni caso complimenti per questi post e per la prima modifica da te indicata, riguardo al filtro dell'aria hai consigli?

Mi spiego, ho studiato tantissimo sulle differenze tra le varie marche, ne conosco i pro e i contro, però non sono mai arrivato ad un dunque......te in base alla tua esperienza hai una marca che reputi migliore (BMC, Sprintfilter, K&N...ecc) o no?

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@GiulioTFSI non mi riferivo a te certamente bensì a quello che è il pensar comune, oggi tutti pensano solo a come tirar su cavalli spendendo poco, cosa a mio avviso non corretta come procedura.

Riguardo ai filtri, quando avevo la A3 provai lo sprintfilter che, a livello tecnologico, dovrebbe essere il migliore in quanto ha le maglie in materiale plastico e non in cotone, cosa che gli consente di mantenere la permeabilità costante a dispetto di quelli in cotone che invece tendono ad assorbire umidità... ebbene dopo averne montati 3 sono stato costretto a passare ai bmc, infatti avevano dei problemi di fusione e puntualmente si staccava la cornice dalla massa filtrante... una vera misfatta!

Da allora in poi sono sempre andato sul sicuro con i BMC, all'epoca montai il CDA, ovvero quello col cassonetto in carbonio ed il filtro doppio cono, trovandomi sempre bene e spendendo il giusto. Oggi se volessi spendere qualcosina per massimizzare l'aspirazione comprerei un APR, cassone di massime dimensioni e condotto in carbonio, filtro di grosse dimensioni... insomma massimo isolamente termico e massima quantità d'aria disponibile.

Al momento monto un BMC a pannello, è una cosa che metto subito quando compro una macchina... farla respirare meglio è sempre cosa buona, così come maggiorare l'intercooler, su questo motore poi col solo intercooler più grosso si recuperano quasi 10 cv.... non si guadagna nulla, semplicemente non si perdono

Edited by asso
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Ti ringrazio infinitamente @asso, mi hai dato esattamente la risposta che volevo.

Anche io dopo aver studiato i vantaggi della tecnologia Sprintfilter, che hai appena elencato, mi ero orientato su quello nonostante il maggior costo (vista anche la maggior praticità nel lavaggio).

Ma poi ho letto di molti utenti che hanno riscontrato il tuo stesso problema, che come ben sai se uno non se ne accorge in tempi "brevi" può causare danni non da poco!

A quel punto nell'indecisione mi sono un po' fermato e ho posticipato la decisione!

Avevo preso in considerazione anche i CDA o addirittura kit superiori, ma poi mi sono detto che sarebbero stati acquisti giustificati in una fase successiva qualora cominciassi ad elaborare il motore.

Sull'intercooler mi trovi più che d'accordo, ma anche qui per non rischiare di doverci spendere due volte per adesso ho lasciato quello originale...Piano piano si fanno tutte!!!

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io ho preso un intercooler che ha 4 volte la superficie dell'originale, 23 lt contro 5,8... Una spesa e fatta bene, inoltre ho preso un kit tubazioni in alluminio e silicone rinforzato da 2.75" pollici (70mm)... Già immagino la differenza... Prossima modifica del genere un bel radiatore per olio motore da montare al posto dello scambiatore l'olio acqua originale :cool::cool::cool:

i'm loving it

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Edited by asso
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